La mosca bandito è un acrobata aerodinamico in grado di catturare la sua preda in volo

Le mosche rapinatori sono acrobazie aeree aerodinamiche, in grado di identificare le loro prede, schivare gli ostacoli e catturare piccoli insetti ad alta velocità a metà volo. Gli scienziati hanno dato un’occhiata più da vicino a come le mosche rapinatori gestiscono questa incredibile impresa nonostante abbiano un cervello uguale a un granello di sabbia. secondo nuova carta Pubblicate sul Journal of Experimental Biology, le mosche combinano due strategie distinte per la locomozione basata sul feedback: una che prevede l’intercettazione della preda quando la scena è libera e una che consente alle mosche di sterzare attorno a qualsiasi ostacolo sulla loro traiettoria di volo.

Una sfida nella robotica è come progettare robot in grado di navigare in ambienti affollati, qualcosa che gli esseri umani e altri animali possono fare istintivamente ogni giorno. Secondo gli autori, molti sistemi robotici si basano su una sorta di pianificazione del percorso: utilizzando suoni (sonar) o laser per inviare segnali e quindi rilevare i riflessi. Questi dati possono quindi essere utilizzati per creare una mappa delle distanze dell’oceano.

Ma rispetto all’utilizzo di semplici segnali visivi (ad es. “percorsi interattivi”), la pianificazione del percorso è un approccio costoso in termini di consumo energetico. Gli esseri umani e altri animali non hanno bisogno di mappe dettagliate o conoscenze specifiche sulla posizione, la velocità e altri dettagli di un bersaglio. Reagiamo semplicemente a qualsiasi stimolo rilevante nel nostro ambiente in tempo reale. Pertanto, la creazione di algoritmi comportamentali di navigazione basati su sistemi biologici è di grande interesse per la robotica.

Precedenti studi si sono concentrati sulla capacità di diverse specie, inclusi moscerini della frutta, piccioni e esseri umani, di gestire ambienti affollati. “Tuttavia, in questi casi, evitare gli ostacoli era l’unico obiettivo”, hanno scritto gli autori. “Navigare attorno a un ostacolo è più difficile quando una posizione specifica funge da obiettivo, perché l’avversione all’ostacolo deve essere bilanciata dall’obiettivo di navigazione”.

Ecco perché il bioingegnere Samuel Fabian dell’Imperial College London e tre collaboratori dell’Università del Minnesota hanno deciso di condurre i propri esperimenti usando la mosca rapinatrice predatore (Olocefala fusca) come materia di prova. Le mosche rapinatori sono state scelte per la loro traiettoria di intercettazione altamente prevedibile per catturare la preda. Gli autori hanno anche scritto che le sue piccole dimensioni e il comportamento relativamente veloce (la maggior parte dei voli impiega meno di un secondo) “richiedono reazioni rapide con il minimo sforzo computazionale”.

Fabiano et al. Paragonò il comportamento della mosca ladra nella caccia a quello dei falchi, dei falchi e dei moderni missili guidati. Di solito le mosche catturano i ladri sedendosi in un posto che dia loro una visione chiara del cielo. Una volta che una mosca rapinatrice rileva una potenziale preda e inizia a inseguirla, la mosca deve navigare per intrappolare la preda ed evitare eventuali ostacoli lungo il percorso, come rami randagi.

Alle mosche ladri è stato presentato un bersaglio mobile sotto forma di una piccola perlina riflettente color argento che veniva tirata lungo una lenza trasparente con mulinelli e un motore passo-passo. “Le mosche non sapevano davvero di non essere vere prede, anche quando erano così vicine”. ha detto Fabiano. “Se una cosa è abbastanza piccola, sembra che generalmente presuppongano che sia cibo”.

La montatura include anche un intoppo: un nastro di acetato ricoperto di vernice acrilica nera, in versione sottile (2,5 cm) o spessa (5 cm), che viene posizionato appena sotto la traccia del bersaglio. “Il posizionamento preciso del nastro e la traiettoria iniziale della mosca determinano se l’oggetto è diventato un ostacolo nella traiettoria di volo e se sta oscurando il bersaglio”, hanno scritto gli autori.

I ricercatori hanno registrato tutti i voli in condizioni di campo per ottenere il comportamento più naturale. Successivamente, ricostruiscono digitalmente 26 voli di un ladro che insegue il tallone in movimento in presenza di un ostacolo. Le attrezzature di manovra in alto tendono ad eccitare le mosche, quindi quei 26 voli rappresentano le mosche che sono rimaste sul loro trespolo mentre il dispositivo è stato posizionato intorno anziché volare via.

Risultati: in assenza di un ostacolo, le mosche ladro hanno mantenuto la stessa linea di vista verso il tallone durante tutto il suo avvicinamento per intrappolare e catturare la sua preda. Quando una barra nera sottile o spessa oscurava parzialmente la vista per brevi periodi (<0,1 sec), le mosche si impegnavano in manovre evasive per aggirare l'ostacolo prima di tornare alla loro traiettoria per intercettarlo. A volte la mosca devia in risposta a una barra nera anche quando la barra non oscura la sua linea di vista. E quando i ricercatori hanno bloccato la linea di vista delle mosche per più di 0,1 secondi, le mosche avrebbero abbandonato del tutto l'intercettazione.

Fabiano e altri. Ha concluso che le mosche rapinatori stavano usando una semplice strategia di evitamento degli ostacoli in combinazione con la strategia di intercettazione standard, che hanno chiamato co-routing. “Più velocemente cresce l’ostacolo nel loro campo visivo, più lontani saranno”, ha detto Fabiano. Le mosche ritornano sul percorso di intercettazione non appena il suddetto ostacolo inizia a retrocedere alla vista. “Prestano attenzione a ciò che li circonda anche quando sono concentrati sull’obiettivo”.

Gli autori hanno scritto che questo “mostra che l’evitamento degli ostacoli può essere un prodotto di semplici leggi di feedback che non richiedono la conoscenza assoluta di distanza, volume o velocità”, in linea con il lavoro precedente che mostrava che semplici leggi di feedback possono anche spiegare la strategia di intercettazione delle mosche . Ciò si basa certamente su un numero limitato di prove sul campo e il team spera di condurre altre prove in futuro.

DOI: Journal of Experimental Biology, 2022. 10.1242 / JP 243568 (Informazioni sui DOI).